Проект И-250 («Н»). Советский истребитель с комбинированной силовой установкой
Перенесемся в сороковые годы прошлого века. Вторая Мировая война в самом разгаре. Каждая из сторон этого конфликта старается создать более совершенные образцы вооружения, для достижения превосходства над своими противниками. Что же касается авиации, то одним из векторов ее развития виделось качественное улучшение скоростных характеристик разрабатываемых самолетов (в первую очередь истребителей). Добиться этого можно было как совершенствованием конструкции конечного изделия (направленного на уменьшение аэродинамического сопротивления), так и применением новых типов силовых установок. Решение задачи по созданию новых двигателей шло параллельно по нескольким направлениям. Конструкторы и инженеры из ЦАГИ, ЦИАМ и различных ОКБ проводили целый ряд изысканий по разработке таких изделий как жидкостный реактивный двигатель (ЖРД), турбореактивный двигатель (ТРД), прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД), пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД) и воздушно-реактивный двигатель компрессорного типа (ВРДК). Соответственно для определения наиболее перспективных и приемлемых вариантов, требовалось провести большое количество теоретических расчётов, а также испытаний как на наземных стендах, так и с использованием летающих лабораторий. Для того чтобы на практике выявить преимущества и недостатки всех представленных типов силовых установок было принято решение установить некоторые изделия на имеющиеся самолеты (к примеру поршневые истребители Ла-9 оснащались ПуВРД типа РД-13 конструкции В. Н. Челомея или ПВРД типа ПВРД-430 конструкции М. М. Бондарюка), а также разработать несколько новых проектов. Постепенно стало ясно, что наиболее подходящим вариантом для истребительной авиации является использование турбореактивных двигателей. Ввиду того что первые советские ТРД собственной разработки (ТР-1 конструкции А. М. Люльки) не были доведены по ума, в серию были запущены локализованные немецкие трофейные двигатели (это уже неоднократно отмеченные РД-10 и РД-20. Соответственно именно они были установлены на первые серийные реактивные истребители Як-15 и МиГ-9. Изделия с прочими типами силовых установок оставались либо в разряде экспериментальных, либо же получали только ограниченную серию. Сегодня мы рассмотрим как раз один из таких самолетов. Это разработанный в ОКБ-155 истребитель И-250. На него была установлена комбинированная силовая установка, которая состояла из поршневого двигателя ВК-107А и воздушно-реактивного двигателя компрессорного типа (ВРДК Э3020) созданного в ЦИАМ под руководством К. В. Холщевникова. Машина прошла весь необходимый цикл испытаний и была принята на вооружение. Однако серийное производство ограничилось парой десятков экземпляров. Некоторое время он применялся в авиации ВМФ, но в связи с получением более совершенных истребителей с турбореактивными двигателями, от его дальнейшей эксплуатации отказались. Обзор по истребителю И-250 выйдет в двух частях. Сегодня мы рассмотрим начальный этап разработки самолета, а в следующей части- основные конструктивные особенности, характеристики и некоторые моменты связанные с проводимыми испытаниями и эксплуатацией изделия.
Рисунок истребителя И-250. Источник: https://war-book.ru/
Содержание:
История разработки
Разработка данного истребителя под индексом И-250 (заводской шифр «Н») была инициирована постановлением ГКО за номером 5946 от 22 мая 1944 года и соответствующим приказом НКАП за номером 371 от 30 мая. Согласно этим документам практическими всем авиационным конструкторским коллективам (которые специализировались на создании истребителей), было поручено спроектировать новые или модифицировать имеющиеся самолеты под использование различных типов силовых установок. ОКБ А. И. Микояна и М. И. Гуревича было поручено разработать экспериментальный истребитель с комбинированной мотокомпрессорной силовой установкой. Работы по ней изначально велись в ЦАГИ, а с 1943 года в ЦИАМ. Существовало несколько вариантов подобной установки. Над бензиновым ВРДК (известно что прорабатывалась и дизельная модификация) в комбинации с поршневым мотором работала конструкторская группа под руководством К. В. Холщевникова. Именно его и решено было использовать на новом истребителе. Предполагалось что ВРДК будет работать только на взлете и при достижении максимальной скорости (кратковременно как ускоритель). Его применение позволило бы получить прирост максимальной скорости примерно в 150 км/ч по сравнению со скоростными показателями имеющихся поршневых самолетов. Конструктивно И-250 должен был представлять цельнометаллический низкоплан с классическим типом оперения и убирающимся шасси.
Схема самолета И-250 в нескольких проекциях.
Согласно предъявляемым тактико-техническим требованиям разрабатываемый истребитель должен был обладать максимальной скоростью не менее 800 км/ч и практическим потолком в 12000 метров. Время набора высоты 5000 метров должно было составлять около 4,5 минут с включенным ВРДК. Изначально планировалось вооружить самолет одной 23-мм пушкой НС-23 и двумя 12,7-мм пулеметами Березина. Но в итоге выбор был сделан в пользу установки трех 20-мм пушек. При этом рассматривалось несколько вариантов- это орудия Ш-20 и Б-20. В конечном итоге выбор был сделан в пользу Б-20. Одна из них устанавливалась в развале цилиндров двигателя, а две другие симметрично размещались по бокам носовой части фюзеляжа (при этом две эти пушки должны были синхронно стрелять через плоскость винта). Ведущими руководителями по проекту были назначены М. И. Гуревич, В. Н. Сорокин и А. А. Андреев. Одна из основных сложностей разработки заключалась в том, что И-250 создавался сразу как боевой самолет, а не как экспериментальное изделие для исследования новой силовой установки. Дополнительные затраты как материальные, так и по времени тогда позволить себе не могли. Эскизный проект изделия был подготовлен уже к июлю 1944 года. После чего он был передан на рассмотрение соответствующим комиссиям НКАП и ГК НИИ ВВС. Параллельно в ЦИАМ велись работы по доводке силовой установки. В сентябре эскизный проект был утвержден. Начался этап рабочего проектирования, постройки макета и продувки моделей в аэродинамических трубах. Продолжались изыскания и по доводке общей компоновки изделия. При этом решались вопросы размещения отдельных узлов и агрегатов основных функциональных систем и подбирался состав специального оборудования. Некоторые технические решения были позаимствованы с экспериментальных высотных истребителей и перехватчиков, таких как И-220, И-221, И-225. В октябре полноразмерный макет был представлен для ознакомления макетной комиссии.
Макет самолета И-250. Источник фото: http://aviadejavu.ru/
В ходе его рассмотрения особое внимание было уделено оценке удобства размещения летчика, основных органов управления самолетом, а также аэронавигационных и контрольных приборов. Кроме того проверялись места установки основных агрегатов двигателя, топливной системы и электрической системы. При этом оценивалось удобство их обслуживания и возможного ремонта. По результатам был выявлен ряд недостатков и в конструкцию были внесены определенные изменения. Непосредственно сборка первого опытного прототипа (под индексом И-250-1) началась в декабре 1944 года. В феврале (по другому источнику в первой половине марте) он был готов к началу проведения заводских испытаний.
Первый опытный прототип И-250-1. Источник фото: http://авиару.рф/
В середине февраля 1945 года построенный прототип стали готовить к проведению заводских испытаний. После приемки изделия был осуществлен его обмер и контрольное взвешивание. Далее начались необходимые наземные испытания, в ходе которых осуществлялась проверка работы винтомоторной группы, основных функциональных систем и органов управления. После чего были выполнены первые рулежки и подлеты. Ведущим летчиком-испытателем назначили А. П. Деева, а ведущим инженером В. Н. Сорокина. Постоянным представителем ЦИАМ, который должен был контролировать работу комбинированного двигателя, назначили А. И. Комиссарова. После устранения выявленных недостатков начался этап летных испытаний. Однако точная дата первого полета неизвестна. В одних источниках приводят цифру 3 марта, а в других отмечается что первый полет И-250-1 состоялся 4 апреля. После него было выполнено еще несколько полетов в ходе которых оценивалось общее поведение машины в воздухе (устойчивость, управляемость). Начиная с третьего полета задействовали ВРДК Э3020. Однако практически сразу же были выявлены и различные дефекты винтомоторной группы (в маслорадиаторе, компрессоре, бензиновой помпе). Обнаружили проблемы и в конструкции шасси. Начальный этап летных испытаний на первом экспериментальном образце продолжался примерно до конца мая, пока силовая установка полностью не выработала свой ресурс и не потребовалась ее замена.
Первый опытный образец И-250-1. Источник фото: http://авиару.рф/
В это же время к испытаниям присоединился и второй опытный прототип И-250-2. Первый полет на нем также совершил летчик-испытатель А. П. Деев. Состоялся он 26 мая. В течении следующего месяца испытания шли с переменным успехом. Отмечается что очень часто возникали различные проблемы с силовой установкой и сопутствующими функциональными системами, которые требовали внесения доработок и осуществления мелкого ремонта. Нельзя не сказать и о полученных результатах. Во время очередного полета удалось достичь максимальной скорости в 820 км/ч. Это были хорошие показатели. Не обошлось и без серьезных инцидентов. 5 июля 1945 года, согласно программе испытаний, требовалось осуществить полет на малых высотах с включенным ВРДК. Во время полета произошел отрыв левой половины стабилизатора и первый прототип И-250-1 был потерян. В срочном порядке пришлось осуществлять доработку конструкции оперения на втором прототипе. Программа разработки этого самолета до определенного момента считалась одной из приоритетных. Поэтому даже потеря одного из прототипов не снизила темпы работ. К тому же было принято решение о постройке опытной серии истребителей И-250, без проведения государственных испытаний (постройку поручили заводу № 381). Тем не менее, доводка изделия шла очень тяжело. Вплоть до завершения заводских испытаний в январе 1946 года, неоднократно происходили различные поломки и неисправности в работе силовой установки. Возникли сложности и с постройкой установочной партии на заводе № 381. Восемь экземпляров были переданы заказчику только к 30 октября 1946 года. Ресурс Э3020 изначально составлял всего около 25 часов, установка так и не прошла полный цикл государственных стендовых испытаний. Увеличить ресурс ВРДК удалось к апрелю 1946 года. Тогда он достиг 35 часов, но государственные испытания установка так и не выдержала. Окончательно завершить их удалось только в мае следующего, 1947 года. К тому времени ситуация с проектом И-250 кардинальным образом изменилась. Пересмотр приоритетов произошел, когда первые успехи стали демонстрировать изделия с трофейными немецкими турбореактивными двигателями. ОКБ-155 уже вовсю было занято разработкой и внедрением в производство истребителя МиГ-9, а в начале 1947 года начались изыскания и по МиГ-15. По сути о принятии на вооружение и массовом серийном производстве самолета И-250 речи уже не было. Это решение было принято по итогам подготовки к несостоявшемуся ноябрьскому параду в 1946 году. Предполагалось что в нем будут участвовать такие истребители как МиГ-9, Як-15, Ла-150 и И-250. Во время подготовительных полетов наихудшие отзывы от летчиков и авиамехаников были получены именно о проекте И-250. Из недостатков отмечалась неустойчивость на взлете, сложность в эксплуатации и обслуживании, общая низкая надежность. Да и в целом, по сравнению с другими изделиями, И-250 уже выглядел устаревшим. Его доводили по инерции и по большей части уже в экспериментальных целях.
Истребитель И-250 на государственных испытаниях. Источник: https://war-book.ru/
Военно-воздушные силы от эксплуатации этой машины отказались и построенные образцы решено было, что называется «пристроить» в авиацию Военно-морского флота для решения задач по сопровождению торпедоносцев. Государственные испытания, которые проходил серийный И-250 № 3810102 закончились неудачно. Из-за многочисленных дефектов они были прекращены в апреле 1948 года. Самолет признали ограниченно годным к эксплуатации и по всей видимости его применяли лишь в учебных целях. Ниже приведена таблица с основными летно-техническими характеристиками самолета.
Основные ЛТХ самолета И-250:
Особенности конструкции
Как уже отмечалось в первой статье по этой теме, истребитель И-250 представлял собой одноместный цельнометаллический низкоплан с классическим типом однокилевого оперения и убирающимся шасси. Общая компоновка изделия была примерно следующей. В носовой части фюзеляжа размещались элементы силовой установки самолета (в первую очередь двигатель ВК-107Р), вооружение (три пушки Б-20) и отдельные узлы и агрегаты сопутствующих систем. К примеру это патронные ящики, звеньеотводы и гильзоотводы. Также там находился воздухозаборник для забора воздуха к компрессору воздушно-реактивного двигателя.
ВК-107Р с компрессором на испытательном стенде. Источник: http://авиару.рф/
Для справки. Авиационный двигатель ВК-107Р. Конструктивно представлял собой четырехтактный двенадцатицилиндровый двигатель внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением. Размещение цилиндров было V-образное под углом 60 градусов. Рабочий объем составлял 35 литров. Являлся модификацией базового варианта ВК-107А для его использования в связке с установкой Э3020 конструкции К. В. Холщевникова.
В средней части фюзеляжа находились элементы топливной системы (фюзеляжный топливный бак) и силовой установки (компрессор, радиатор). Кабина летчика со всем специальным оборудованием была смещена ближе к задней части фюзеляжа. Также в средней части фюзеляжа осуществлялось крепление центроплана крыла на несколько узлов. В задней части фюзеляжа располагалась камера сгорания и выходное сопло для отвода реактивной струи, элементы системы управления и пневмосистемы (к примеру баллоны со сжатым воздухом). Сам фюзеляж самолета конструктивно был выполнен из нескольких отсеков. Каркас его передней части представлял собой сварную ферму из хромансилевых труб. Силовой набор основной части фюзеляжа был выполнен из четырех лонжеронов, набора шпангоутов и стрингеров. Обшивка самолета- дюралюминиевая. Бронирование самолета было минимальным. В кабине летчика установили бронеспинку и прозрачные бронестекла. Оперение самолета состояло из одного вертикального киля с рулем направления и горизонтального стабилизатора с рулями высоты. Руль направления отклонялся вправо и влево на 25 градусов, а руль высоты на 30 градусов вверх и на 20 градусов вниз. Их силовой набор состоял из лонжерона и набора стрингеров. Рули высоты и руль направления оснащались триммером. Крыло самолета имело трапециевидную форму. Его каркас состоял из одного лонжерона, набора стрингеров (из которых передний и задний были усиленными) и набора штампованных нервюр. Обшивка была выполнена из дюралюминия. В состав механизации крыла входили элероны и щелевые закрылки. Угол отклонения элерона составлял 21 градус вверх и 14 градусов вниз. Угол отклонения щитка на взлете составлял 15 градусов, а при посадке 55 градусов. Основные стойки шасси убирались в отсеки внутри центроплана крыла. Хвостовая опора убиралась в фюзеляж. Размер основных тормозных колес составлял 650 × 200 мм, а размер хвостового колеса 170 × 100 мм.
Схема силовой установки на самолете И-250.
Поршневой двигатель ВК-107Р осуществлял вращение как классического трехлопастного винта АВ-10П-60 диаметром 3,1 м, так и одноступенчатого осевого компрессора. С ним он соединялся через вал и двухскоростную коробку. Часть сжатого воздуха после компрессора отбиралась для нагнетателя поршневого двигателя, а основной поток направлялся в камеру сгорания. Установка Э3020 развивала тягу в 344 кгс при массе в 140,9 кг. В состав топливной системы входило три топливных бака суммарной емкостью в 570 литров, набор трубопроводов, бензопомпа и различные краны. Основной топливный бак размещался в фюзеляже, а два дополнительных в крыле. Основным источником электропитания был генератор ГС-15-500. Самолет оснащался всем необходимым набором пилотажно-навигационного и контрольного оборудования. В состав комплекта радиостанции входил передатчик РСИ-ЗМ1 и приемник РСИ-6МУ. Кислородное оборудование было представлено стандартным для тех лет кислородным прибором КП-14, который обеспечивал питание кислородом летчика на высотах до 12 км.
Передатчик РСИ-3М1. Источник фото: http://oldradio.cqham.ru/
В целом машина получилась неоднозначной. По сути это было только экспериментальное изделие, которое применялось для отработки различных технологических решений и нового типа силовой установки. А по факту самолет оказался непригоден для эксплуатации из-за многочисленных дефектов и недоработок.
Источники:
